三元配注工艺简化适应性研究

郭海燕＊

（中国石油大庆油田第四采油厂规划设计研究所）

三元配注工艺简化适应性研究

郭海燕＊

（中国石油大庆油田第四采油厂规划设计研究所）

大庆油田第四采油厂某区块采用“单泵单剂单井”配注工艺，由于注入介质问题导致表面活性剂稀释泵吸入困难、表面活性剂注入泵磨损严重、碱液结晶、流程堵塞等，降低了注入精度，影响了正常生产运行，无法达到开发方案的要求。为此，实施了三元配注工艺简化流程，调整了碱和表面活性剂配注工艺及运行方式，并针对工艺简化后的结垢问题，增设了酸洗流程，配备了耐酸碱设备，取得了初步成效，确保了三元配注工艺的稳定运行。

三元配注工艺；工艺优化；适应性；表面活性剂；界面张力

大庆油田第四采油厂某区块已建3座配注站（1＃、2＃、3＃），投产注入三元主段塞，设计配方为聚合物+碱+表面活性剂，按一定浓度比例配比。其中1＃、2＃配注站均采用“单泵、单井、单剂”点滴注入工艺流程：聚合物、碱溶液分别按照单井配注方案，通过三联泵直接注入；表面活性剂受其物化性质制约，一部分与高压水混合注入，另一部分稀释后由三联泵中的表面活性剂泵注入。3＃配注站聚合物采用常规“一泵多井”方式，表面活性剂和碱的工艺流程采用“单泵、单井、单剂”点滴注入工艺流程，即二联泵点滴注入。

1 工艺流程存在的主要问题

1.1 表面活性剂配注问题

1.1.1 表面活性剂溶剂的快速挥发导致稀释泵吸入困难

根据设计规模，确定表面活性剂应具有使用10d的储备量，因此表面活性剂储罐容积较大。在搅拌器的快速搅拌作用下，表面活性剂稀释剂正丁醇快速挥发，导致罐内表面活性剂黏度升高，进而使得表面活性剂稀释泵吸入困难。

1.1.2 溶剂所含杂质严重磨损表面活性剂柱塞泵

三联泵中表面活性剂注入泵为柱塞泵，现场稀释表面活性剂所用的溶剂是含油污水，其中含有一定数量的悬浮物和机械杂质，其会磨损表面活性剂柱塞泵。投产4个月后，配注站就有约50%的泵出现漏失现象，影响表面活性剂的配比精度。

1.2 碱配注问题

1.2.1 碱液结晶堵塞注入泵

投产3个月，3座配注站内所有碱泵均出现不同程度的卡泵和堵塞管道单流阀现象。拆卸泵，取出注入泵中的堵塞物质进行化验分析，结果表明，结晶物的主要成分为NaCl。在泵的隔膜处结晶体堆积堵塞，致使碱泵无法正常运行。

1.2.2 卸碱系统无过滤、保温工艺，造成杂质进入配注系统

卸碱车内含有大量杂质，卸碱装置中的碱泵入口无过滤器，碱车内的杂质堵塞、损坏了碱泵，并进入了配注系统；室外卸碱槽内有伴热、无保温，冬季碱槽上层会出现大量的结晶。

这些问题的出现，不仅影响了正常的生产运行，也严重影响了三元注入体系的配注精度。平均界面张力合格率仅为24.6%，远不能达到开发方案界面张力合格率90%以上的要求。

2 三元配注工艺简化研究

2.1 三元注入体系物性研究

2.1.1 合理的碱、表面活性剂浓度范围确保界面张力合格率

通过三元体系界面活性的研究，确定药剂配比浓度与界面张力合格的关系。结果表明，表面活性剂浓度在0.05%～0.3%、碱浓度在0.6%～1.2%范围内，可与原油形成10-3mN/m的超低界面张力。

结合现场检测数据，当碱浓度低于0.4%时，三元体系合格率仅为7.1%；碱浓度在0.7%～1%时，表面活性剂浓度变化对三元体系形成超低界面张力影响较小，界面张力合格率达到90.4%；碱浓度超过1%时，随着表面活性剂浓度的增加，界面张力合格率上升，但碱浓度超过1.4%以后，体系中出现絮状沉淀。

2.1.2 界面张力合格率不受聚合物浓度的影响

将污水配制成0.4%表面活性剂+1.35%NaOH的二元液，再取现场5 000mg/L聚合物母液，将其稀释成不同浓度，以此检测界面张力合格率。根据室内实验结果（见表1）可知，聚合物浓度范围在1 000～2 500mg/L，界面张力均在合格范围内，说明聚合物浓度对界面张力影响不大。

表1 聚合物浓度与界面张力关系

综上所述，确定地质方案为：聚合物浓度可调，表面活性剂和碱浓度可以通过变频器在一定比例范围进行调节。同时为了达到较高的超低界面张力合格率，确定三元体系中碱浓度应控制0.9%～1.1%，表面活性剂浓度在0.25%～0.3%，为配注工艺简化提供了理论支持。

2.2 工艺简化原则

一是立足现有流程，降低碱、表面活性剂浓度，减少因药剂而引起工艺设备的各种不适应问题，充分利用管道的缓冲能力，形成配比精度较高的配注工艺流程；二是减少管理环节，降低岗位工人操作难度，缩减生产运行成本。

2.3 工艺简化方式

2.3.1 表面活性剂配注工艺调整

碱和聚合物保持原工艺流程，停运表面活性剂单泵单井注入方式，即停运表面活性剂稀释流程，采取直接点滴注入高压水中配制成的表面活性剂稀释液，在静态混合器处与聚合物、碱的二元液混合注入，达到所需目的液浓度。

配套工艺调整完善的方法：一是减小表面活性剂储罐运行容积，缩短表面活性剂停留时间。减少储存容量，运行容积缩小50%，将储罐液面高度下调；二是减轻表面活性剂的搅动强度。对表面活性剂储罐搅拌器叶片进行切削，并采取间歇运行方式。

2.3.2 碱配注工艺调整改造

在3＃配注站进行了碱系统配注工艺的简化改造试验。将碱液用1台柱塞泵单独升压，注入已携带表面活性剂的高压水中，形成高压二元体系溶液，进入静态混合器再与聚合物混合，即“高压二元、低压一元”流程。为了保证配比精度，采用变频连锁方式控制碱阀室内碱泵排量，以保证某些井停注时，碱液总加入量相应减少，避免引起全站其他井碱浓度上升，而影响界面张力合格率。

配套工艺调整完善的方法：一是减少碱液结晶。卸碱槽增加外保温，避免冬季结晶，设计碱泵冲洗流程，定期对碱泵、卸车管道进行冲洗；二是卸碱装置设置多重过滤，控制进站碱液质量。在室外的卸碱槽入口增加过滤碱筐，内部分成3格，避免多辆碱车同时卸碱产生交叉污染，底部出口安装过滤装置，隔离外来杂质和碱泥进入系统；设计碱液取样器，在碱车罐内分上、中、下3次取样，混合均匀后进行质检，准确评价进站碱液质量。

2.4 工艺简化后取得的效果

2.4.1 各项质量指标有所改善

3座配注站表面活性剂流程改造投产后，表面活性剂浓度、界面张力合格率有所改善。3＃配注站进一步完成碱流程改造，投产运行后取得较好的效果，碱浓度、表面活性剂浓度配制的准确性、稳定性得到大幅度提升。1＃、2＃配注站完成碱流程改造投产运行，进一步满足了开发的要求。碱浓度、表面活性剂浓度均达到方案要求，界面张力合格率达91%以上。

另外，在1＃配注站改注纯度较高的离子膜碱进行试验，直至碱流程改造前，该站未出现卡泵和堵塞管道单流阀现象，运行平稳。因此，碱流程改造后，3座站均采用离子膜碱。

2.4.2 减少生产运行费用，降低生产管理难度

取消了表面活性剂稀释、单泵单井工艺和碱的单泵单井工艺，采用“高压二元、低压一元”流程，减少了机泵的维修、维护工作量，降低了生产运行费用。另外，三元复合驱注入单耗有所下降，减少了运行管理环节，简化了岗位员工的操作步骤，减少了工人的劳动量。

3 存在的问题及解决对策

配注站虽然系统运行平稳，但配注系统的计量控制装置、静态混合器发生结垢，导致水流量计无读数的故障频繁发生，使体系配注精度有所降低。

3.1 静态混合器结垢原因分析及解决对策

配注站输送高压二元体系的管道内壁和静态混合器的结垢堵塞情况严重，甚至部分单井静态混合器完全堵塞，无法完成配注要求。通过对管壁的垢样进行化验分析，垢样中有64.80%为酸溶物，主要为碳酸盐及含铁物质。

另外，对比3座站的静态混合器，1＃配注站静态混合器内部为圆滑的螺旋结构，2＃、3＃配注站是细小的方格结构。对于聚合物的分散效果来说，小方格结构有利于增强分散效果，但结垢的速度会大于螺旋结构。

根据其他采油厂三元复合驱配注经验，在3＃配注站污水计量前至出站前的管道处，试验了酸洗流程，酸洗后管壁与静态混合器的表面比较光滑。

3.2 二元液计量仪表结垢原因分析及解决对策

原设计流程是高压污水计量后，进入静态混合器与三元液混合注入，因此在静态混合器前安装了涡街流量计计量高压含油污水。现场工艺流程调整后，碱、表面活性剂按照一定比例掺入高压污水，再进入流量计计量。此流程投产运行1个月后，流量控制系统频繁发生故障。经拆卸后发现内部严重结垢，不仅造成计量仪表控制执行机构不动作，而且导致碱、表面活性剂二元体系的计量仪表失灵，显示读数偏小，影响配注精度。

选择两口单井更换成耐酸碱、量程下限较小的水流量控制装置，实验取得初步效果，不仅在一定程度上提高了单井二元体系计量精度，而且界面张力合格率由改造前的77%提高到95%，满足了方案要求。

三元体系必然产生结垢现象，需采取加设酸洗流程除垢、配备耐酸碱仪器设备、增加防垢仪等技术措施来缓解结垢问题。三元配注应尽量采用离子膜碱注入，减少碱液流程堵塞现象发生。“高压二元、低压一元”流程现场适应性更强，更易于管理。

[1] 李杰训.三元复合驱地面工程技术试验进展[M].山东东营: 中国石油大学出版社,2009.

[2] 董秀勤等.三次采油复合驱表面活性剂性能概述[J].油气田地面工程,2007,26(9): 58-59.

TE357

A

1004-2970（2011）01-0026-03

郭海燕. 三元配注工艺简化适应性研究. 石油规划设计，2011，22（1）：26～28

* 郭海燕，女，工程师。1999年毕业于大庆石油学院机械设计与制造专业，获工学学士学位。现在大庆油田第四采油厂规划设计研究所，主要从事油田注水等设计工作。地址：黑龙江省大庆市红岗区大庆油田第四采油厂规划设计研究所，163511。E-mail：guohaiyan1@petrochina.com.cn

2010-06-08

谷风桦